我們的細(xì)胞具有安全機制，可以控制遺傳寄生蟲（如病毒和轉(zhuǎn)座子），同時宿主細(xì)胞的重要基因可以保持活躍。近日，奧地利科學(xué)院分子生物技術(shù)研究所Julius Brennecke和Peter Refsing Andersen的研究小組在《Cell》雜志上發(fā)表論文稱：在保衛(wèi)DNA完整遺傳的戰(zhàn)役中，細(xì)胞安全機制完美上演了一出“宮心計”。研究發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞的分子安全機制竟然故意放水，“走私”細(xì)胞核內(nèi)的遺傳信息分子。而這些遺傳分子可以識別并抑制轉(zhuǎn)座子。
自私的遺傳“寄生蟲”
我們的DNA就像是一本有三十億字母的生命詞典。但其中只有5%的已知基因，并附有指導(dǎo)蛋白質(zhì)生成的說明。超過一半的遺傳物質(zhì)是來源于自我遺傳因素，如轉(zhuǎn)座子，分布在植物、真菌和動物的基因組中。
其中，轉(zhuǎn)座子可以從一個基因組位置“跳躍”到另一個基因組位置。一方面，轉(zhuǎn)座子保證了遺傳多樣性，從而促進有機體更好地適應(yīng)環(huán)境；另一方面不受控制的轉(zhuǎn)座子活動會導(dǎo)致廣泛的DNA損傷和突變，這會導(dǎo)致疾病或細(xì)胞死亡。
那么生物有機體是怎樣抑制有害基因組的入侵，保證DNA完整地傳遞給下一代的呢？
沒有通行證的偷渡者
研究人員將目光聚焦在基于RNA的小型基因組免疫系統(tǒng)上，該系統(tǒng)能夠抑制動物的轉(zhuǎn)座子活性。這其中的關(guān)鍵因素便在于控制微小核糖核酸（piRNA）。piRNA由較長的RNA加工而成，這些RNA必須離開細(xì)胞核前往周邊細(xì)胞質(zhì)中的piRNA生產(chǎn)地。
在分子基因的世界中也需要通行證。細(xì)胞核擁有質(zhì)量控制系統(tǒng)充當(dāng)把關(guān)人，它會根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)決定是否放行RNA。由于piRNA前體缺乏離開細(xì)胞核的分子特征。理論上，這些piRNA前體應(yīng)該被鎖定在細(xì)胞核內(nèi)。但piRNA前體是如何通過細(xì)胞安全性檢查系統(tǒng)成功偷渡到細(xì)胞質(zhì)中的？
研究人員發(fā)現(xiàn)，piRNA的偷渡成功是因為有了一種名為Nxf3的蛋白質(zhì)幫助。它來自與Nxf1相同的蛋白質(zhì)家族，負(fù)責(zé)正常的RNA輸出。但是Nxf3已經(jīng)“叛變”扮演了一個全新的角色——Nxf3蛋白開辟了新的RNA運輸通路，從而“走私”了piRNA前體，將長RNA分子直接輸送到piRNA的產(chǎn)生區(qū)。
這是第一次證明RNA輸出蛋白的功能與其原始功能不同。這項研究不僅揭示了動物基因組如何抵御DNA寄生蟲的新見解，它還展示了細(xì)胞如何分類、空間分布和組織遺傳信息。
主要研究者Peter Refsing Andersen表示：“雖然這一重大的發(fā)現(xiàn)暫時無法克服技術(shù)障礙在人體中進行試驗，但是在果蠅模型中已經(jīng)得到了很好地驗證。該研究構(gòu)建的理解框架將與近年來接收到的海量遺傳信息相結(jié)合。未來，這一研究成果可以幫助將數(shù)十億的序列轉(zhuǎn)化為有意義的生物信息，從長遠(yuǎn)來看可以使人們受益。”
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